高中人教版物理選修3-1課時分層作業(yè)第三章磁場

單元質(zhì)量評估(三)(第三章)(60分鐘100分)一、選擇題(本題共10小題,1～6為單選題,7～10為多選題,每小題8分,共80分)1.如圖所示,長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等,夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為B,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強度為I的電流時,該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為A.0 l C.BIl D.2BIl【解析】選C。V形導(dǎo)線兩部分的受力情況如圖所示。其中F=BIl,V形導(dǎo)線受到的安培力應(yīng)為這兩個力的合力,大小為F合=2Fcos60°=BIl,故C項正確。2.如圖所示,一通電金屬環(huán)固定在絕緣的水平面上,在其左端放置一可繞中點O自由轉(zhuǎn)動且可在水平方向自由移動的豎直金屬棒,中點O與金屬環(huán)在同一水平面內(nèi),當(dāng)在金屬環(huán)與金屬棒中通有圖中所示方向的電流時,則 ()A.金屬棒始終靜止不動B.金屬棒的上半部分向紙面外轉(zhuǎn),下半部分向紙面里轉(zhuǎn),同時靠近金屬環(huán)C.金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn),下半部分向紙面外轉(zhuǎn),同時靠近金屬環(huán)D.金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn),下半部分向紙面外轉(zhuǎn),同時遠離金屬環(huán)【解析】選B。由通電金屬環(huán)產(chǎn)生的磁場特點可知,其在金屬棒的上半部分產(chǎn)生有水平向左的磁場分量,由左手定則可判斷金屬棒上半部分受到方向向外的安培力,故向紙面外轉(zhuǎn);同理可判斷金屬棒的下半部分向紙面里轉(zhuǎn)。當(dāng)金屬棒開始轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)至水平面時,由同向電流相吸,反向電流相斥可知,金屬棒靠近金屬環(huán),B正確。3.如圖所示,在兩水平極板間存在勻強電場和勻強磁場,電場方向豎直向下,磁場方向垂直于紙面向里。一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板。若不計重力。下列四個物理量中哪一個改變時,粒子運動軌跡不會改變 ()A.粒子速度的大小 B.粒子所帶的電荷量C.電場強度 D.磁感應(yīng)強度【解析】選B。粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板時受力平衡,有Eq=Bqv,則知當(dāng)粒子所帶的電荷量改變時,粒子所受的合力仍為0,運動軌跡不會改變,故B項正確。4.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認(rèn)為初速度為零),從狹縫S1進入電壓為U的加速電場區(qū)加速后,再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場,該偏轉(zhuǎn)磁場是以直線MN為切線、磁感應(yīng)強度為B,方向垂直于紙面向外半徑為R的圓形勻強磁場?，F(xiàn)在MN上的F點(圖中未畫出)接收到該粒子,且GF=QUOTER。則該粒子的比荷為(粒子的重力忽略不計) ()A.QUOTE B.QUOTE C.QUOTE D.QUOTE【解析】選C。設(shè)粒子被加速后獲得的速度為v,由動能定理有:qU=QUOTEmv2,粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑r=QUOTE,又Bqv=mQUOTE,可求QUOTE=QUOTE,故C正確。5.如圖所示,有界勻強磁場邊界線SP∥MN,速率不同的同種帶電粒子從S點沿SP方向同時射入磁場,粒子的帶電荷量相同,其中穿過a點的粒子速度v1與MN垂直;穿過b點的粒子速度v2與MN成60°角,設(shè)兩粒子從S到a、b所需時間分別為t1和t2,則t1∶t2為(重力不計) ()A.1∶3 B.4∶3 C.1∶1 【解析】選D。粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示,可求出從a點射出的粒子對應(yīng)的圓心角為90°,從b點射出的粒子對應(yīng)的圓心角為60°,由t=QUOTE·QUOTE可得t1∶t2=90°∶60°=3∶2,D正確。6.如圖所示,一個理想邊界為PQ、MN的勻強磁場區(qū)域,磁場寬度為d,方向垂直紙面向里。一電子從O點沿紙面垂直PQ以速度v0進入磁場。若電子在磁場中運動的軌道半徑為2d。O′在MN上,且OO′與MN垂直。下列判斷正確的是()A.電子將向右偏轉(zhuǎn)B.電子打在MN上的點與O′點的距離為dC.電子打在MN上的點與O′點的距離為QUOTEdD.電子在磁場中運動的時間為QUOTE【解析】選D。電子帶負電,進入磁場后,根據(jù)左手定則判斷可知,所受的洛倫茲力方向向左,電子將向左偏轉(zhuǎn),如圖所示,A錯誤;設(shè)電子打在MN上的點與O′點的距離為x,則由幾何知識得:x=rQUOTE=2dQUOTE=(2QUOTE)d,故B、C錯誤;設(shè)軌跡對應(yīng)的圓心角為θ,由幾何知識得:sinθ=QUOTE=0.5,得θ=QUOTE,則電子在磁場中運動的時間為t=QUOTE=QUOTE,故D正確。7.自行車速度計利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運動速率。如圖甲所示,自行車前輪上安裝一塊磁鐵,輪子每轉(zhuǎn)一圈,這塊磁鐵就靠近傳感器一次,傳感器會輸出一個脈沖電壓。圖乙為霍爾元件的工作原理圖。當(dāng)磁場靠近霍爾元件時,導(dǎo)體內(nèi)定向運動的自由電荷在磁場力作用下偏轉(zhuǎn),最終使導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差,即為霍爾電勢差。下列說法正確的是 ()A.根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小B.自行車的車速越大,霍爾電勢差越高C.圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運動形成的D.如果長時間不更換傳感器的電源,霍爾電勢差將減小【解析】選A、D。根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)可知車輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速,若再已知自行車車輪的半徑,根據(jù)v=2πf·r即可獲知車速大小,選項A正確;根據(jù)霍爾原理可知QUOTEq=Bqv,U=Bdv,即霍爾電壓只與磁場強度、霍爾元件的厚度以及電子定向移動的速度有關(guān),與車輪轉(zhuǎn)速無關(guān),選項B錯誤;圖乙中霍爾元件的電流I是由電子定向運動形成的,選項C錯誤;如果長時間不更換傳感器的電源,則會導(dǎo)致電子定向移動的速率減小,故霍爾電勢差將減小,選項D正確。8.如圖甲所示,兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置,間距為L,其間有豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒。從t=0時刻起,棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖甲中I所示方向為電流正方向。則金屬棒 ()A.一直向右移動B.速度隨時間周期性變化C.受到的安培力隨時間周期性變化D.受到的安培力在一個周期內(nèi)做正功【解析】選A、B、C。由左手定則可知,金屬棒一開始向右做勻加速運動,當(dāng)電流反向以后,金屬棒開始做勻減速運動,經(jīng)過一個周期速度變?yōu)?,然后重復(fù)上述運動,所以選項A、B正確;安培力F=BIL,由圖像可知前半個周期安培力水平向右,后半個周期安培力水平向左,不斷重復(fù),選項C正確;一個周期內(nèi),金屬棒初、末速度相同,由動能定理可知安培力在一個周期內(nèi)不做功,選項D錯誤。9.如圖所示,AOB為一邊界為QUOTE圓弧的勻強磁場區(qū)域,圓弧半徑為R,O點為圓心,D點為邊界OB的中點,C點為QUOTE邊界上一點,且CD∥AO,現(xiàn)有兩個完全相同的帶電粒子以相同的速度射入磁場(不計粒子重力),其中粒子1從A點正對圓心O射入,恰從B點射出,粒子2從C點沿CD射入,從某點離開磁場,則 ()A.粒子2在磁場中的軌道半徑等于RB.粒子2必在B點射出磁場C.粒子1與粒子2在磁場中的運動時間之比為3∶2D.粒子1與粒子2離開磁場時速度方向相同【解析】選A、B、C。粒子1從A點正對圓心射入,恰從B點射出,粒子在磁場中運動的圓心角為θ1=90°,粒子軌道半徑等于R,粒子2從C點沿CD射入,其運動軌跡如圖所示。設(shè)對應(yīng)的圓心為O1,運動軌道半徑也為R,連接O1C、O1B,O1COB是平行四邊形,O1B=CO,則粒子2一定從B點射出磁場,故選項A、B正確;由數(shù)學(xué)知識可知,粒子2在磁場中運動軌跡的圓心角θ2=∠BO1C=60°,兩粒子做圓周運動所對應(yīng)的圓心角不同,粒子在磁場中運動的周期T=QUOTE,兩粒子的周期相等,粒子在磁場中的運動時間t=QUOTET,運動時間之比t1∶t2=θ1∶θ2=90°∶60°=3∶2,故選項C正確,D錯誤。10.(2018·全國卷Ⅱ)如圖,紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點,它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中,外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為QUOTEB0和QUOTEB0,方向也垂直于紙面向外。則 ()A.流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為QUOTEB0B.流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為QUOTEB0C.流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為QUOTEB0D.流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為QUOTEB0【解析】選A、C。設(shè)L1在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B1,設(shè)L2在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B2,根據(jù)右手螺旋定則,結(jié)合題意B0(B1+B2)=QUOTEB0,B0+B2B1=QUOTEB0,聯(lián)立可得B1=QUOTEB0,B2=QUOTEB0,選項A、C正確。【補償訓(xùn)練】(多選)一電子以與磁場垂直的速度v從P處沿PQ方向進入長為d、寬為h的勻強磁場區(qū)域,從N點射出,如圖所示。若電子質(zhì)量為m,電荷量為e,磁感應(yīng)強度為B,則 ()A.h=dB.電子在磁場中運動的時間為QUOTEC.電子在磁場中運動的時間為QUOTED.洛倫茲力對電子做的功為零【解析】選C、D。過P點和N點作速度的垂線,兩垂線的交點即為電子在磁場中做勻速圓周運動時QUOTE的圓心O,由勾股定理可得(Rh)2+d2=R2,整理知d=QUOTE,而R=QUOTE,故d=QUOTE,所以A錯誤。由電子在有界磁場中做勻速圓周運動,得t=QUOTE,故B錯誤,C正確。又由于洛倫茲力方向和粒子運動的速度方向總垂直,對粒子永遠也不做功,故D正確。二、計算題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)11.如圖所示,有一直角三角形OAC,OC長為12cm,∠C=30°,AC上方存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B1=1T,OA左側(cè)也存在垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小B2未知,一質(zhì)量為m=8×10-10kg、電荷量q=1×10-4C的帶正電粒子從C點以垂直于OC的速度v進入磁場,恰好經(jīng)A點到達O(1)未知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2的大小;(2)粒子在磁場中從C點經(jīng)A點到達O點運動的總時間?！窘馕觥?1)粒子在磁場B1中做勻速圓周運動,畫出運動的軌跡如圖,其圓心為O1,設(shè)軌跡半徑為r1,則∠O1AC=∠O1所以:∠AO1O=2∠O1CA=60°,粒子的偏轉(zhuǎn)角是120°由幾何關(guān)系得:r1+r1cos60°=QUOTE所以:r1=QUOTE=QUOTE×12cm=8cm由洛倫茲力提供向心力得:qvB1=mQUOTE所以:v=QUOTE=1.0×104m/s粒子在磁場B2中做勻速圓周運動,畫出運動的軌跡如圖,其圓心為O2,設(shè)軌跡半徑為r2,則QUOTE=2r2·cos∠OAO1=2r2·cos30°=QUOTEr2所以:r2=QUOTE=QUOTE·QUOTE·tan30°=QUOTE×12cm=4cm由